传送网抗灾建设思路研究.docx
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传送网抗灾建设思路研究
传送网抗灾建设思路研究
【摘要】:
传送网是整个电信网的基础,其规划和建设在抗灾建设中扮演着重要角色。
从2008年汶川地震和2013年芦山4.20地震的通信保障能力来看,传送网在应对特大自然灾害时,仍显脆弱。
因此如何完善传送网的网络结构,加强网络安全,提高应对各种自然灾害、保障传送网的通信能力显得犹为重要。
课题以芦山4.20地震传送网抗灾建设为背景,研究分析WDM/OTN网络、PTN网络、以及其他安全隐患等问题,提出传送网的抗灾建设思路。
【关键词】:
传送网抗灾建设光缆路由传输系统应急方案
1前言
1.1背景
传送网的建设已进行多年,网络结构已从点到点、环形网的传输系统向网状网的方向发展。
拥有统一的、安全可靠、易管理的传送网已成为运营商争取更多终端用户、把握经营机遇的重点,同时也是应对重大自然灾害,保障传送网通信能力的关键。
我国处于自然灾害频发地带,地震、暴风雨和风沙天气等频繁发生。
从2008年汶川特大地震到2013年4.20芦山地震来看,传送网的通信保障能力并不乐观,灾害发生时,各级政府和部门信息不通畅,严重影响灾情的及时掌控和救灾速度。
自4.20芦山地震发生后,雅安移动传送网遭受严重损失,其中宝兴通信完全中断,芦山、天全通信部分中断,严重影响抗震救灾的顺利进行。
1.2传送网存在的问题
结合芦山4.20地震传送网暴露的问题对雅安移动传送网进行评估。
(1)网络结构缺陷方面
Ø核心层业务单平面承载,业务安全性不足郊县汇聚层节点环形组网,无第三条光缆路由(直达或迂回),某个或某些汇聚节点双侧光缆出现故障时,汇聚节点成为孤岛;
Ø汇聚环上的汇聚节点过多,光缆环路径距离过长,两点故障导致一个或多个县市业务受阻;
Ø接入层以单节点形式连接至汇聚节点;汇聚节点失效,大范围的接入节点影响;
Ø网络拓扑单一,采用在单一光缆环上叠加系统的方式,两点光缆故障,所有系统均失效。
(2)网络故障应急处理方面
Ø光缆资源不满足应急调度需要:
缺乏应急光缆路由和应急纤芯配置,需要临时调度光缆,配置纤芯;
Ø设备资源不满足应急调度需要:
缺乏应急设备,需要临时配置设备,进行大量调度。
干线未为本地网的迂回提供应急通道,需要临时调度;
Ø应急预案准备严重不足,缺乏应急演练,在灾害情况下,缺乏迅速有效的调度手段,无法迅速利用冗余资源进行通信恢复。
(3)其他配套问题
Ø部分重要节点无自启动油机,停电故障处理时间较长。
蓄电池及开关电源老化,供电能力差,可靠性差;
Ø传送网基础资料维护不足,资源管理工作不能适应抗灾需求。
1.3传送网抗灾建设目标
通过分析传送网的现状,结合光缆线路建设、OTN与PTN等技术,提出传送网系统组网思路、光缆线路建设思路以及其他配套抗灾建设思路,并希望以此构建统一安全的传送网,提高传送网应对各种自然灾害时的通信能力。
主要实现以下改造目标:
(1)灾害发生时,任意县级行政区的业务不能全阻;
(2)避免发生《电信网络运行监督管理办法》所规定的重大事故。
目前,由于网络条件限制,传送网抗灾应急改造应实现的目标:
(1)任意灾害发生时,同一个城域网内任意两个郊县全阻时长不能超过3个小时;
(2)任意单个节点失效,影响区域不能超过一个县级行政区。
2传送网抗灾应用策略研究
针对传送网存在的问题,如何加强光缆网络建设,完善和优化传输系统结构,构建统一安全的传送网架构,对提高传送网应对各种自然灾害、保障通信能力具有非常重大的作用。
2.1光缆线路抗灾建设分析
(1)光缆多路由建设
Ø与中心汇聚节点相邻或较近的郊县汇聚区,需要建设至中心节点不同路由的光缆,一个路由中断时可人工或自动切换至保护路由,从而保证业务不致中断或中断后能尽快恢复。
如图2.1所示。
图2.1
Ø离中心汇聚节点稍远的郊县汇聚区建设多光缆路由,如果不具备直达路由的条件,可通过其它节点跳接,形成多光缆路由。
如图2.2所示。
图2.2
Ø对于远离中心点的郊县,并且邻接其它城域网的,延伸连接至与相邻郊县某节点,经二干配置波道迂回(仅用于应急通道)。
如图2.3所示。
图2.3
另外,对于特别偏远,自然地理条件限制非常大的郊县,无法建设多个至中心汇聚点的路由,也难以通过干线等迂回的。
应考虑建设其它传输途径,如大微波、卫星通信等。
该方式仅用于应急通道建设。
(2)提高光缆建设等级
针对容易发生自然灾害的地段,在建设直埋、架空线路时,提高建设等级和负荷区等级,可以有效的增强野外线路抵抗自然灾害的能力,在一定程度减小损失。
另外,对同一县市同一方向出局光缆采用不同的敷设方式,即架空、直埋等建设方式结合。
(3)多运营商光缆共建共享
为提高应对重大自然灾害能力,避免传输线路中断带来的网络瘫痪问题,充分利用电信、联通、广电以及电力公司的电路线路资源进行容灾备份、结构优化和电路调度。
以此为基础,在本地网主干纤芯资源方面实现互换,并通过增加设备实现中断后自动倒换。
一旦发生线路中断情况,合作双方可利用对方的线路进行备份,避免网络瘫痪的发生。
2.2传输系统组网抗灾研究
由于四川等地多处于地震等自然灾害频发地带,因此宜在尽可能考虑安全性的基础上,结合业务的发展,进行传输系统的网络建设。
2.1.1WDM/OTN系统抗灾策略研究
(1)WDM/OTN核心层双平面建设
A、B两个节点核心构成一个平面,承载了所有环路的业务汇聚,随着网络的发展,对整个业务的安全性将带来严重的安全隐患。
考虑到业务的统一调度与分担,提高的业务安全性,建议建设WDM/OTN双平面。
同时为适应未来业务发展的需要,新建波分应优先采用80*100G的OTN系统。
双平面组网示意图如图2.4。
图2.4
AB平面之间的资源可以进行灵活分配。
两个系统平面之间可以灵活调度,业务调度效率高;同时两个平面互为备份,系统安全性高,容灾能力强;能够平滑演进到ASON。
为保证WDM/OTN群路方向单个机柜失效的情况下不影响业务,对汇聚层WDM/OTN节点到核心节点实现光层分离,WDM/OTN设备各个群路方向要求分别是不同的机柜,同时在电层也尽可能实现业务分担。
(2)WDM/OTN汇聚层网状网建设
在上述WDM/OTN双平面建设的基础上,对WDM/OTN网络进行网状网建设,其中地市不同机房的核心节点A、B位于不同的环路上。
网状网的多路由形式使得它的可靠性大大优于其他网络拓扑结构,网络的每个节点都有2个以上的物理路由方向,具备抗多点故障能力,可靠性比环形网络高。
同时,与环网相比,网状网路由丰富,平均每条业务经过的节点数量更少,网络资源利用率更高。
WDM/OTN网状网组网如图2.5所示。
图2.5
2.1.2PTN系统抗灾建设策略研究
(1)PTN与OTN融合组网
综合OTN大带宽特征和PTN包分组灵活、带宽统计复用能力强的特点,利用下沉到汇聚层的波分系统承载PTN汇聚接入的业务,即:
接入层采用PTN接入环,汇聚层采用OTN网络承载。
结合雅安目前大部地市都有汇聚PTN节点,以PTN接入环在汇聚节点集中汇聚为例组网介绍,如图2.6所示。
图2.6
在以上组网模式下,尽可能的将PTN电路分布在OTN的不同波道方向上,每个业务区的OTN系统作为此业务区内所有业务的上联汇聚节点,在每个业务区内采用PTN设备作为业务区内基站业务、专线业务的接入和汇聚节点。
同时考虑OTN对PTN电路业务的保护(新增波道保护,提高网络容灾能力)。
鉴于目前大部分地市已经搭建大量的PTN汇聚环,可考虑对各中心站点的汇聚节点PTN在路由允许的条件下进行交叉网络结构建设,PTN汇聚节点之间形成多路由。
(2)接入环双节点上联至汇聚节点
接入层的环网应采用双节点上联的网络结构,打破行政区域归属,提高系统安全。
接入层双节点上联分为两种方式,如图2.7所示。
图2.7
在光缆资源具备条件的情况下,接入环可根据光缆路由情况以跨不同郊县汇聚节点的方式接入汇聚环系统。
该方式能保证至某郊县汇聚节点的光缆中断时,至另一县汇聚节点的通信畅通,使业务不致全阻。
在接入层光缆资源不具备跨地市汇聚节点时,可将接入环跨本郊县双汇聚节点接入汇聚层,可有效减小单汇聚传输节点失效对网络的影响。
3雅安传送网抗灾建设思路
3.1加强光缆网络建设
(1)大本地网,降低自然灾害风险,路由先行
移动分公司在宝兴县出城防线有两条路由,一条是往灵关方向,一条是往新华方向,但新华方向的光缆又绕回芦山。
路由虽多,但大部分路由光缆都是在地震带内,当地震等自然灾害来临,这些多路由的光缆几乎全部被损坏。
通过芦山4.20地震,可以明确得到这样一个结论:
多路由固然重要,但是更重要的是路由的选取,多路由不是光缆的简单叠加,更重要的是光缆方向的选择。
合理的路由能大大降低自然灾害发生时的孤岛现象,而这势必要求前期线路建设方案中不能仅仅停留在找一条路由即可的地步,需要更上一层楼结合地质条件,政府规划等因素寻找一条可规避大部分风险的路由。
以雅安移动本地网光缆建设为例,建设新建新华村-大川-油榨-高何镇(成都)-中锋-名山光缆路由、新建太平-宝盛-高何镇(成都)-名山光缆路由、新建石棉竹马-凉山海棠,汉源妮美-凉山沙岱光缆等等,实现传送网多路由成环。
如图3.1、图3.2所示。
图3.1
图3.2
通过新建太平-宝盛-高何镇(成都)-名山光缆路由建设,为宝兴、芦山等区域提供第三路由保护。
通过新建石棉竹马-凉山海棠、汉源妮美-凉山沙岱光缆路由,有效解决石棉和汉源妮美两个方向的长支链,形成保护环路。
而以上路由的选取,在相邻区县可行路由上建设光缆路由,甚至跨省的边界,为本地波分或PTN提供跨区县保护路由,会引申出一系列协调维护的问题,这也是后续需要思考的问题。
(2)由“木桶效应”引起传送网抗灾建设的思考
在已有干线光缆的传输节点,充分调用干线电路,经过省内干线节点迂回到本地网核心汇聚节点,实现本地网业务的环网保护,保证灾区的通信畅通。
目前四川移动成都至马尔康的二干情况为:
成都(OTM)-雅安(OTM)-灵关(OLA)-凉水井(OLA)-马尔康(OTM),从成都-雅安及雅安-灵关全程实现了OLP的线路保护,而从灵关-凉水井还没有OLP的线路保护,此次地震导致的是灵关往凉水井方向中在灵关至新华的光缆一直中断,此中继段没有OLP保护,这是此路由的一个短板,在抢险期间,提出从成都邛崃绕道将雅安-灵关的OLP保护调整延长至雅安-凉水井的OLP保护,并避开了芦山区域的地震带,工程实施后可实现全程的OLP保护。
雅安灵关到凉水井OLP保护建设如图3.3。
图3.3
(3)联合抗灾共保通信,携手共建网间应急机制
芦山4.20地震中宝兴对外通信完全中断,而电力公司从宝兴灵关至宝兴五龙乡的杆路有效的避开地震带,受损较小。
如图4.7所示。
图3.4
通信光缆通过附挂宝兴至新华村电力杆路(如图4.7中绿色路由),建立一条备份线路,大大提高传送网线路等路由的生存性,从而避免“通信孤岛”现象的发生。
3.2优化传送网系统结构
基于芦山4.20地震传送网抗灾建设经验,结合传送网存在的问题分析以及传送网抗灾应用策略的研究,对本地传送网抗灾建设提出以下思路。
(1)改善波分平台网络结构,形成网状网
对雅安本地波分组建网状网,根据业务的流量流向设置直达电路:
新建新华村-大川-油榨-高何镇-中锋-新店的波分路由,新建太平-宝盛-中锋-新店的波分路由,新建芦山-灵关的波分路由等。
没有直达光缆的通过新建光缆路由解决,并通过增加中继站解决传输距离大损耗高的问题。
同时,为满足后期业务发展的需要以及提高业务的安全性:
核心层进行双平面改造,两个系统平面之间可以灵活调度,业务调度效率高。
同时两个平面互为备份,系统安全性高,容灾能力强,能够平滑演进到ASON;适时建设郊县汇聚层OTN系统,可为汇聚层PTN环路配置不同路由的保护波道,为PTN环路提供保护路由。
还可以分流承载业务,对OLT等业务由OTN系统承载,减少对PTN网络压力,基站业务由PTN承载。
综上考虑,雅安本地波分新增大川、新店波分节点以及部分OLA中继节点,如图3.5所示。
图3.5
在上图组网架构中,对所有汇聚节点的WDM/OTN设备采用电交叉连接方式,并提供ODUk1+1或1∶1、1∶N保护方式,同时对汇聚环路采用ODUkSPRing保护,实现一个子波道对多条业务的保护。
对核心层WDM/OTN设备配置光电交叉能力的连接方式,实现业务的频率调度以及大颗粒骨干OTN业务的传送。
基于以上考虑,以芦山4.20地震波分路由中断情况为例分析,如图3.6。
图3.6
当发生如图的路由中断情况时,由于太平、芦山汇聚节点采用基于ODUk(K=0,1,2)的T-bit电交叉架构,能够保证大颗粒业务在电层的灵活调度,支并支持多个线路方向调度和无缝隙转化。
因此,当太平-芦山、太平-新华村、太平-新店的电路全部中断时,仍然能够通过太平-新店的电路方向,保证端到端业务的可靠性,实现业务的不中断。
(2)优势互补:
PTN与OTN融合组网
利用上文中PTN与OTN融合组网的思路,本次针对雅安本地传送网PTN层进行组网优化:
通过搭建OTN环来承载PTN及其他业务,在PTN汇聚层节点的中心机房新增一套汇聚层OTN设备,PTN业务通过本机房OTN汇聚层设备上连。
同时,每个接入环两端分别接入两个不同机房的汇聚层PTN来实现对接入环的环路保护。
以雅安PTN汇聚环D芦山中心站至太平站的接入环为例,利用PTN保护技术,对以上络进行保护,如图3.7:
芦山隆兴-芦山太平的业务采用全程LSP1:
1保护方式,在汇聚PTN节点间配置Wrapping环和LSP1:
1保护叠加。
图3.7
因自然灾害造成的断纤有多种形式,本文以其中一种常见的断纤情况进行分析:
接入层的芦山隆兴—芦山青龙乡—芦山玉溪—芦山太平任意断纤,芦山中心站2—宝兴中心站—芦山太平任意断纤。
其中芦山隆兴—芦山青龙乡—芦山玉溪—芦山太平任意断纤,芦山隆兴节点的LSP1:
1保护会将业务倒换到备用,即图上黑色箭头的路径。
芦山中心站2—宝兴中心站—芦山太平处断纤,则会触发汇聚层的Wrapping环网保护,业务不会中断。
若断纤的顺序不同,只是触发不同倒换机制的顺序不同,不会造成业务中断。
另外,由于OTN下沉到汇聚环,PTN接入层通过汇聚PTN节点后,业务直接在OTN上承载,OTN网状网多路由等保护方式也能有效的保护业务。
3.3完善传送网配套设施建设
为更好的提高传送网系统与线路的抗灾能力,还需要对传送网配套设施进行有效的保护。
(1)兵马未动,粮草先行:
提供可靠的传输节点电源保障
为提高传输节点电源的安全性与可靠性,保证汇聚环路运行的稳定性,对传输节点电源系统进行升级改造,规避电力短缺,最大限度减少故障因素。
Ø做好防雷处理,电源设备有效接地,防雷器设置联合接地等;
Ø对重要节点配备自启动油机,并充分利用便携式油机进行应急,依据站点等级分级配置蓄电池的续时长度;
Ø对市电引入困难的节点配置太阳能或风光互补设备,并做好太阳能站、风光互补站的防盗工作。
(2)防患未然:
做好基础资料维护和资源管理工作
对现有的网络资源动态的管理,深入了解线路资源情况、纤芯使用情况等,当发生传输故障时,在设备正常的情况下,能通过合理调整线路资源及时地抢通传输业务。
(3)天地一体:
多技术手段实现震区信息传递
遇到特大自然灾害时,可能会造成部分地区光缆全部中断和双节点全部失效,从地面进行通信异常困难,因此可采用有线、无线传输相结合,实现立体式的传送网保护。
在必要情况下采用卫星传输技术(通过空中的卫星通信衔接地面的光缆通信)或光微波技术,解决灾区基站传输问题,确保在特大自然灾害面前,灾区的网络通信无中断。
微波通信技术具有信号稳定、传输能力好、覆盖高等良好的抗灾性能,可以将偏远或有线传输困难的站点通过无线的方式与现有的传输网络联网,及时提供灾区救援情况和天气情况。
以雅安传送网为例,如图3.9所示。
图3.9
通过在雅安传输节点保护不足或长支链节点部署光微波,能有效解决地震等自然灾害发生时通信中断的问题。
3.4加强应急方案的建设
为达到传送网抗灾应急目的,需要针对雅安传送网进行应急通道建设,并以此制定应急预案,应对可能发生的各种事故。
(1)应急通道建设原则
Ø采用温备用方式(经过简单网络调度,即可投入使用),出现灾情或应急情况时,能在短时间形成通信能力;
Ø应急通道应减少调度量,避免较多调度,应事先调度好,需要时仅需要简单调整;
Ø应急通道应打破网络行政归属和网络层级限制,必要时可以跨地区甚至跨省份,可以充分利用共建共享与其它运营商合作;
Ø应急通道应仅在网络核心点和重要调度点开口,其它点均配置为直通。
一干的核心点为大区中心;二干核心点为省会及其它一干终端点;城域网核心点为二干在城域网的终端点和核心层节点,调度点是指能提供多个方向,处于网络拓扑核心的节点;
Ø应急通道应按照业务通道进行管理和维护。
备用的应急通道应定期测试,确保有效。
(2)应急通道建设内容
Ø应急通道包括应急纤芯、应急光通道(波道)和应急电路(SDH/PTN)电路。
其中:
●应急纤芯:
干线和城域网骨干光缆、承担迂回功能的光缆应配置应急纤芯,应急纤芯应跳通,并根据光纤长度配置通用线路放大器。
●应急光通道(波道):
所有波分系统应配置应急通道,应急通道应仅在核心点开口。
应急光通道所有OTM站均应配置收发型OTU,其客户侧接口应满足其保护网络的要求,必要时配置长距离接口。
●应急电路:
城域网核心层和汇聚层应配置应急通道,应急通道应有针对性,应根据迂回光缆情况为相邻城域网配置部分电路,配置时应同时配置对应的光接口。
所有应急纤芯、应急通道和备用应急设备,应明确表明用途,并按照业务电路的要求进行管理和维护。
Ø应急通道需要事先进行单机和系统测试,使用时仅需要连通测试就应能投入使用。
(3)应急预案制定与演练
要达到抗灾应急的目标,还应加强应急预案的制定与演练。
Ø应急预案应根据当地地理、环境等情况,针对可能发生自然灾害的影响,有针对性地制定;应充分考虑对于当地有记录的50年内的自然灾害,近年通信领域的重大故障,以及潜在的危险因素;
Ø应明确使用的应急通道,并对应急通道进行测试,确保故障时,迅速响应。
Ø应急预案内容应包括但不限于单点或多点发生节点失效,光缆故障、设备故障、传输业务阻断等情况时进行排障的响应预案,根据相应的预案实现业务的快速保护、恢复;
Ø对于重要等级的业务应制定专门的预案,加强应对,确保灾害发生时,不中断或者能尽快恢复;
Ø应急预案需加强演练。
至少每季度应针对性地进行应急预案的演练,并根据网络建设的情况,适时进行调整和优化。
4结论
课题通过分析雅安传送网存在的问题,结合传送网抗灾建设的目标,对传送网的抗灾应用策略进行较深入的研究,并以此提出传送网光缆线路建设思路、传输系统结构优化和完善方案以及其他抗灾建设思路,以增强传送网在地震等自然灾害中的可靠性与可用性。
同时,课题最后对传送网应急方案的建立进行细致的探讨,以达到抗灾应急的目的。
总之,随着传送网正朝着智能化、高速率大容量和多业务能力的方向发展,传送网的建设应该秉承总体规划,计划实施的思想,结合三年滚动规划,逐渐完成传送网自身的强壮优化,并适时引入新技术新思路,优化网络结构,保证传送网的再生和抗灾能力。
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